3. Особливості експлуатації котельних установок
Допоміжне обладнання й експлуатація котельних установок
Допоміжні пристрої забезпечують нормальну безперебійну роботу котла.
Найважливіші під час експлуатації котлів допоміжні пристрої котельних установок, які пов'язані з використанням електроприводу, а саме:
Живильна установка. Складається з насосів для подавання води в котел під тиском і трубопроводів.
Тягодуттьовий пристрій. Складається з дуттьових вентиляторів, системи газоповітроводів, димососів і димової труби.
Він служить для подачі повітря в топку, руху продуктів згоряння газоходами і видалення димових газів за межі котельної установки.
Паливоприготувальний пристрій.
а) у випадку твердого палива: млин, дробарки, сушарки, живильники, транспортери, закидачі;
б) у випадку спалювання газу: газорегуляторна станція чи установка, редуктор, фільтр, запірно-запобіжний клапан, газопроводи.
Пристрій для підготовки живильної води. Забезпечує очищення води від механічних домішок, накипоутворювальних солей жорсткості і газів. Фільтри механічні, Н та Na - катіонітові фільтри, деаератори.
Пристрій для видалення золи і шлаку. Вагонетки, транспортери для видалення шлаку та механічні фільтри, мокрі скрубери, електрофільтри для видалення золи з димових газів.
Паливний склад. Механізми для розвантаження і подавання палива в паливно-підготовче відділення: а) склад твердого палива, перевантажувач, транспортер; б) мазутосховище, трубопроводи; в) газове господарство, ємкість для газу, трубопроводи.
Арматура і гарнітура котлів.
Для керування роботою котлів, а саме арматура для пароводяного тракту: вентилі, засувки, клапани, спускні крани, водомірне скло, мономе- три; для газового тракту - гарнітура, засувки, шибери, дверцята, лази, вічка; для контролю процесу горіння - азбестові вибухові клапани, колосники.
Контрольно-вимірювальні прилади. Контрольно-вимірювальні прилади (КВП) і автоматика забезпечують безперебійну і узгоджену роботу вузлів котельної установки для вироблення необхідної кількості пари визначеної температури і тиску. До контрольно-вимірювальних приладів відносять: покажчики рівня, манометри, реле тиску, тягоміри, пірометри, термопари, термометри опору, термореле, витратоміри, водоміри, газоаналізатори
За недостатньої подачі палива знижується к.к.д. (через зниження температури топкових газів), може виникнути згасання факела, а у разі поновлення подачі палива може виникнути вибух.
Збільшення відбору пари у разі незмінної подачі живильної води призводить до швидкого зниження рівня води в барабані, оголення вихідної частини труб, їх перегріву та руйнування, а в жаротрубних котлах - до вибуху.
Ручне регулювання котлів дуже ускладнено. Тому встановлюють автоматичні (електричні) мікропроцесорні регулятори.
Особливості будови та роботи тец
Джерелом енергії для роботи енергоблоку є природний газ. При згоранні газу виділяється теплова енергія, яка потім використовується для роботи всього устаткування енергоблоку.
Всього в схемі енергоблоку працюють три енергетичні машини: дві газові турбіни і одна парова. Кожна з трьох машин розрахована на номінальну електричну потужність 150МВт, що виробляється.
Газові турбіни за принципом дії схожі з двигунами реактивних літаків.
Для роботи газових турбін необхідно два компоненти: газ і повітря. Повітря, з вулиці, поступає через повітрозабірники. Повітрозабірники закриті гратами, аби захистити газотурбінну установку від попадання птиць і всякого сміття. У них же змонтована антильодова система, що запобігає намерзанню льоду в зимовий період часу.
Рис.65 – Повітрозабірники ТЕЦ
Далі по повітропроводам повітря поступає на вхід компресора газотурбінної установки (осьового типа). Після цього, в стислому вигляді, він потрапляє в камери згорання, куди окрім повітря підводиться природний газ. Всього на кожній газотурбінній установці встановлено по дві камери згорання. Вони розташовані з боків. На першій фотографії нижче повітропровод ще не змонтований, а ліва камера згорання закрита целофановою плівкою, на другій - довкола камер згорання вже змонтований поміст, встановлений електрогенератор:
На кожній камері згорання встановлено по 8 газових пальників:
У камерах згорання відбувається процес горіння газоповітряної суміші і виділення тепловій енергії. От як виглядають камери згорання "зсередини" - якраз там, де безперервно горить полум'я. Стінки камер викладені вогнетривким футеруванням.
Рис.66– Камера згорання зсередини
У нижній частині камери згорання розташовано маленьке оглядове віконце, що дозволяє спостерігати процеси, що відбуваються в камері згорання. Відеоролик нижче демонструє процес горіння газоповітряної суміші в камері згорання газотурбінної установки у момент її запуску і при роботі на 30% номінальній потужності:
Далі розжарені продукти згорання поступають на газову турбіну і розкручують її.
Рис.67 – Повітряний компресор і газова турбіна
Повітряний компресор і газова турбіна знаходяться на одному і тому ж валу, і частина моменту турбіни, що крутить, використовується для приводу компресора.
Турбіна виробляє більше роботи, чим потрібний для приводу компресора, і надлишок цієї роботи використовується для приводу "корисного навантаження". Як таке навантаження використовується електрогенератор електричною потужністю 150МВт - саме в нім виробляється електроенергія. На фотографії нижче "сірий сарай" - це якраз і є електрогенератор. Електрогенератор також знаходиться на одному валу з компресором і турбіною. Всі разом обертається з частотою 3000 об/хв.
При проходження газової турбіни продукти згорання віддають їй частина своєї теплової енергії, проте далеко не вся енергія продуктів згорання використовується для обертання газової турбіни. Значна частина цієї енергії не може бути використана газовою турбіною, тому продукти згорання на виході газової турбіни (вихлопні гази) несуть з собою ще дуже багато тепла (температура газів на виході газової турбіни складає порядку 500°С). У літакових двигунах це тепло марнотратно викидається в довкілля, але на даному енергоблоці воно використовується далі - в паросиловому циклі. Для цього, вихлопні гази з виходу газової турбіни "вдуваються" знизу В т. н. "котли-утилізатори" - поодинці на кожну газову турбіну. Дві газові турбіни - два котли-утилізатори.
Кожен такий казан є спорудою висотою в декілька поверхів.
У цих казанах теплова енергія вихлопних газів газової турбіни використовується для нагрівання води і перетворення її в пару. Надалі ця пара використовується при роботі в паровій турбіні, але про це ледве пізніше.
Для нагрівання і випару вода проходить усередині трубок діаметром приблизно 30мм, розташованих горизонтально, а вихлопні гази від газової турбіни "омивають" ці трубки зовні. Так відбувається передача тепла від газів до води (пару):
Віддавши велику частину теплової енергії парі і воді, вихлопні гази виявляються вверху казана-утилізатора і виводяться за допомогою димаря через дах цеху:
Із зовнішнього боку будівлі димарі від двох казанів-утилізаторів сходяться в один вертикальний димар:
Трубки, по яких проходить вода усередині казанів, розділені на безліч секцій - трубних пучків, які утворюють декілька ділянок:
1. Економайзерний ділянка (який на даному енергоблоці має особливу назву - Газовий Підігрівач Конденсату - ГПК);
Рис.68 – Економайзер
2. Випарна ділянка;
3. Пароперегрівна ділянка.
Економайзерний ділянка служить для підігрівання води від температури порядку 40°С до температури, близької до температури кипіння. Після цього вода поступає в деаератор - сталеву ємкість, де параметри води підтримуються такими, що з неї починають інтенсивно виділяться розчинені в ній гази. Гази збираються вверху ємкості і віддаляються в атмосферу. Видалення газів, особливо кисню, необхідне для запобігання швидкій корозії технологічного устаткування, з яким контактує наша вода.
Пройшовши деаератор, вода набуває назви "Живильна вода" і поступає на вхід живильних насосів. От як виглядали живильні насоси, коли їх тільки що привезли на станцію (всього їх 3шт.):
Живильні насоси мають електропривод (асинхронні двигуни харчуються від напруги 6кВ і мають потужність 1.3МВт). Між самим насосом і електромотором знаходиться гідромуфта - агрегат, що дозволяє плавно змінювати частоту обертання валу насоса в широких межах.
Рис.69 – Живильний насос
Принцип дії гідромуфти схожий з принципом дії гідромуфти в автоматичних коробках передач автомобілів.
Усередині знаходяться два колеса з лопатками, одне "сидить" на валу електромотора, друге - на валу насоса. Простір між колесами може бути заповнений маслом на різний рівень. Перше колесо, що обертається двигуном, створює потік масла, який ударяється в лопатки другого колеса, і що залучає його до обертання. Чим більше масла буде залито між колесами, тим краще "зчеплення" матимуть вали між собою, і тим більша механічна потужність буде передана через гідромуфту до живильного насоса.
Рис.70 – Спрацьоване колево відцентрового живильного насоса
Рівень масла між колесами змінюється з допомогою т.з. "черпакової труби", що відкачує масло з простору між коліс. Регулювання положення черпакової труби здійснюється за допомогою спеціального виконавчого механізму.
Сам по собі живильний насос відцентровий, багатоступінчастий. Відмітьте, цей насос розвиває повний тиск пари парової турбіни і навіть перевищує його (на величину гідравлічних опорів частині казана-утилізатора, що залишилася, гідравлічних опорів трубопроводів і арматури). Насос складається з обертаються відцентрових коліс, що чергуються, і нерухомих направляючих дисків.
З виходу живильних насосів живильна вода подається В т. н. "барабани-сепаратори" - горизонтальні сталеві ємкості, призначені для розділення води і пари:
Рис.71 – Барабан-сепаратор
На кожному котлі-утилізаторі встановлені по двох барабан-сепараторів (всього 4 на енергоблоці). В сукупності з трубками випарних секцій усередині казанів-утилізаторів, вони утворюють контури циркуляції пароводяної суміші. Працює це таким чином.
Вода з температурою, близькою до температури кипіння, поступає всередину трубок випарних секцій, протікаючи по яких догріває до температури кипіння і потім частково перетворюється на пару. На виході випарної ділянки ми маємо пароводяну суміш, яка поступає в барабани-сепараторів. Усередині барабанів-сепараторів змонтовані спеціальні пристрої які допомагають відокремити пару від води. Пара потім подається на пароперегрівну ділянку, де її температура ще більш збільшується, а відокремлена в барабані-сепараторові (відсепарована) вода змішується з живильною водою і знову поступає у випарну ділянку котла-утилізатора.
Після пароперегрівної ділянки пар з одного котла-утилізатора змішується з такою ж парою другого казана-утилізатора і поступає на турбіну. Його температура настільки висока, що трубопроводи, по яких він проходить, якщо зняти з них теплоізоляцію, - світяться в темноті темно-червоним свіченням. І тепер ця пара подається на парову турбіну, аби віддати в ній частину своєї теплової енергії і зробити корисну роботу.
Парова турбіна має 2 циліндри - циліндр високого тиску і циліндр низького тиску. Циліндр низького тиску - двохпотоковий. У нім пара розділяється на 2 потоки, що працюють паралельно. У циліндрах знаходяться ротори турбіни. Кожен ротор, у свою чергу, складається з рівнів - дисків з лопатками. "Ударяючись" в лопатки, пара заставляє ротори обертатися. Фотографія нижче відображає загальну конструкцію парової турбіни: ближче до нас - ротор високого тиску, далі від нас - двохпотоковий ротор низького тиску
Ось так виглядав ротор низького тиску, коли його лише розпакували із заводської упаковки. Відмітьте, він має лише 4 рівні (а не 8):
Рис.72 – Ротор низького тиску
А ось ротор високого тиску при найближчому розгляді. Він має 20 рівнів. Звернете також увагу на масивний сталевий корпус турбіни, що складається з двох половинок, - нижньої і верхньої (на фото лише нижня), і шпильки, за допомогою яких ці половинки з'єднується один з одним. Аби при пуску корпус швидший, але, в той же час, більш рівномірно прогрівався, використовується система парового обігріву "фланців і шпильок" - бачите спеціальний канал довкола шпильок? Саме через нього проходить спеціальний потік пари для прогрівання корпусу турбіни при її пуску.
Рис.73 – Ротор високого тиску
Аби пара "ударялася" в лопатки роторів і заставляла їх обертатися, цю пару спочатку потрібно направити і прискорити в потрібному напрямі. Для цього використовуються т.з. соплові грати - нерухомі секції з нерухомими лопатками, розміщені між дисками роторів, що обертаються. Соплові грати НЕ обертаються - вони Нерухомі, і служать лише для напряму і прискорення пари в потрібному напрямі. На фотографії нижче за пари проходить "із за цих лопаток на нас" і "розкручується" довкола осі турбіни проти годинникової стрілки. Далі, "ударяючись" в лопатки дисків ротора, які знаходяться відразу за сопловими гратами, що обертаються, пара передає своє "обертання" ротору турбіни.
Рис.74 – Соплова решітка
Після цього в корпус "вкладається" ротор, вмонтовуються верхні половинки соплових грат, потім верхня частина корпусу, далі різні трубопроводи, теплоізоляція і кожух:
Пройшовши через турбіну, пара поступає в конденсатори. В даної турбіни два конденсатори - по числу потоків в циліндрі низького тиску. Поглянете на фотографію нижче. На ній добре видно нижня частина корпусу парової турбіни. Звернете увагу на прямокутні частини корпуси циліндра низького тиску, закриті зверху дерев'яними щитами. Це - вихлопи парової турбіни і входи в конденсатори.
Рис.75 - Конденсатор
Коли корпус парової турбіни виявляється повністю зібраний, на виходах циліндра низького тиску утворюється простір, тиск в якому при роботі парової турбіни приблизно в 20 разів нижче атмосферного, тому корпус циліндра низького тиску проектується не на опір тиску зсередини, а на опір тиску зовні - тобто атмосферному тиску повітря. Самі конденсатори знаходяться під циліндром низького тиску. На фото нижче - це прямокутні ємності з двома люками на кожній.
Конденсатор влаштований схоже з котлом-утилізатором. Усередині нього знаходиться безліч трубок діаметром приблизно 30мм. Якщо ми відкриємо один з двох люків кожного конденсатора і заглянемо всередину, ми побачимо "трубні дошки":
Крізь ці трубки протікає вода, що охолоджує, яка називається технічною водою. Пара з вихлопу парової турбіни опиняється в просторі між трубками зовні них (за трубною дошкою на фото вище), і, віддаючи залишкове тепло технічній воді через стінки трубок, конденсується на їх поверхні. Конденсат пари стікає вниз, накопичується в конденсатозабірниках (у нижній частині кондесаторів), після чого потрапляє на вхід конденсатних насосів. Кожен конденсатний насос (а всього їх 5) наводиться в обертання трифазним асинхронним електродвигуном, розрахованим на напругу 6кВ.
З виходу конденсатних насосів вода (конденсат) знову поступає на вхід економайзерних ділянок котлівутилізаторів і, тим самим, паросиловий цикл замикається. Вся система є майже герметичною і вода, що є робочим тілом, багато разів перетворюється на пару в котлах-утилізаторах, у вигляді пари здійснює роботу в турбіні, аби знову перетворитися на воду в конденсаторах турбіни і так далі
Ця вода (у вигляді води або пари) постійно контактує з внутрішніми деталям технологічного устаткування, і аби не викликати їх швидку корозію і знос - спеціальним чином хімічно готується.
Технічна вода, нагріта в трубках конденсаторів парової турбіни, по підземних трубопроводах технічного водопостачання виводиться з цеху і подається в градирні - аби в них віддати тепло, що відняло в пари з турбіни, довколишній атмосфері. На фотографіях нижче приведена конструкція градирни, зведеної для нашого енергоблоку. Принцип її роботи заснований на розбризкуванні усередині градирні теплої технічної води за допомогою душирующих пристроїв (від слова "душу"). Краплі води падають вниз і віддають своє тепло повітрю, що знаходиться усередині градирні. Нагріте повітря піднімається вгору, а на його місце знизу градирні приходить холодне повітря з вулиці.
Рис.76 – Градирня ТЕЦ зовні
Саме через "щілину" знизу градирні приходить холодне повітря для охолоджування технічної води
Знизу градирни знаходиться водозбірний басейн, куди падають і де збираються краплі технічної води, що випущені з душирующих пристроїв і віддали своє тепло повітрю. Над басейном розташована система роздаючих труб, по яких тепла технічна вода підводиться до душирующим пристроїв
Простір над і під душирующими пристроями заповнюється спеціальним набиванням з пластмасових жалюзі. Нижні жалюзі призначені для більш рівномірного розподілу "дощу" за площею градирні, а верхні жалюзі - для уловлювання дрібних крапельок води і запобігання зайвому віднесенню технічної води разом з повітрям через верх градирні
Велика ж по висоті частина градирні нічим не заповнена і призначена лише для створення тяги (нагріте повітря піднімається вгору). Якщо ми встанемо над роздаючими трубопроводами, ми побачимо, що вище ні за що немає і остання частина градирні - порожня
Сталеві жалюзі внизу градирні призначені для регулювання потоку холодного повітря і запобігання переохолодженню технічної води в зимовий період часу
Охолоджена і зібрана в басейні градирні технічна вода знову подається на вхід трубок конденсатора парової турбіни, аби відняти в пари нову порцію тепла і так далі Крім того, технічна вода використовується для охолоджування іншого технологічного устаткування, наприклад, електрогенераторів.
Оскільки технічна вода безпосередньо контактує з довколишнім повітрям, в неї потрапляє пил, пісок, трава і інша грязь. Тому на вході цієї води в цех, на вхідному трубопроводі технічної води, встановлений фільтр, що самоочищається. Цей фільтр складається з декількох секцій, укріплених на колесі, що обертається. Через одну з секцій, час від часу, організовується зворотний потік води для її промивання. Потім колесо з секціями обертається, і починається промивання наступній секції і так далі
Рис.77 – Фільтр технічної води
Монтаж всього технологічного устаткування в турбінному цеху здійснюється за допомогою двох мостових кранів. Кожен кран має по три окремі лебідки, призначених для роботи з вантажами різних мас.
Електроенергія виробляється за допомогою трьох електрогенераторів, що наводяться в обертання двома газовими і однією паровою турбіною. Частина устаткування для монтажу енергоблоку була привезена автотранспортом, а частина залізною дорогою. Прямо у турбінний цех прокладена залізниця, по якій при будівництві енергоблоку підвозили великогабаритне устаткування.
Кожен електрогенератор має номінальну електричну потужність 150МВт.
Рис.78 – Електрогенератор
Вихідна напруга генераторів складає порядку 20кВ. Вихідний струм - тисячі ампер. Ця електроенергія виводиться з турбінного цеху і поступає на трансформатори, що підвищують, будівлі, що знаходяться зовні. Для передачі електроенергії від електрогенераторів до трансформаторів, що підвищують, використовуються ось такі електропроводи (струм тече по центральній алюмінієвій трубі):
Окрім електричної енергії, ТЕЦ виробляє також теплову енергію, використовувану для опалювання і гарячого водопостачання довколишніх районів. Для цього, в паровій турбіні виконані відбори пари, тобто частина пари виводиться з турбіни не дійшовши до конденсатора. Цей, ще досить гаряча пара, поступає в мережеві підігрівачі. Мережевий підігрівач - це теплообмінник. По конструкції він дуже схожий на конденсатор парової турбіни. Відмінність полягає в тому, що в трубках тече не технічна вода, а мережева вода. Мережевих підігрівачів на енергоблоці два.
Підігріта в трубках мережевих підігрівачів мережева вода подається по підземних трубопроводах мережевої води в теплову мережу. Обігрів будівлі районів, розташованих довкола ТЕЦ, і віддавши їм своє тепло, мережева вода знову повертається на станцію, аби знову бути підігрітою в мережевих підігрівачах і так далі.
Схема роботи ТЕЦ